CZ299743B6

CZ299743B6 - Vypalovací zarízení pro výrobu cementu a zpusob výroby cementu v tomto zarízení

Info

Publication number: CZ299743B6
Application number: CZ20002876A
Authority: CZ
Inventors: Hundebol@Soren
Original assignee: F. L. Smidth & Co. A/S
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2008-11-12
Also published as: AU734459B2; CZ20002876A3; BR9907668A; PT1060146E; WO1999040040A3; RU2181866C1; KR20010015905A; PL342627A1; DE69901239D1; TW562782B; KR100577331B1; DE69901239T2; CA2315865C; CN1178040C; ES2174624T3; DK15398A; JP2002502797A; EP1060146A2; US6257877B1; WO1999040040A2

Abstract

Vypalovací zarízení obsahuje vypalovací pec (1), chladic (4), kalcinátor (2) s následujícím oddelovacím cyklonem (9), a pálicí komoru (3), zásobenou terciárním vzduchem z chladice. Zcela nebo cástecne kalcinovaný materiál je priváden od dna pálicí komory do kalcinátoru, do nehož jsou také privádenyplynné spaliny. Je navrhováno vypalovací zarízenípro výrobu cementu a zpusob výroby cementu. Vypalovací zarízení má relativne jednoduchou konstrukcia muže výhodne spalovat v kalcinacním pásmu palivo s nízkou reaktivitou, jako je petrolejový koks, antracit a jiné druhy uhlí s nízkým obsahem plynu.Tohoto cíle je dosaženo umístením tangenciálního vstupu pálicí komory tak, že výška h.sub.1.n.-h.sub.2.n. horní cásti vnitrního objemu pálicí komory (3) mezi koncem horáku a horním okrajem tangenciálního vstupu, je nejméne 1/3 D, kde D je prumer válce, majícího výšku h.sub.1.n.-h.sub.2.n. a stejný objem jako horní cást vnitrního objemu pálicí komory, pricemž výška dolní cásti vnitrního objemu pálicí komory h.sub.3.n.-h.sub.4.n., merená mezi dolním okrajem tangenciálního vstupu, který je nejnižším bodem vstupu horkého plynu z chladice, a výstupem z pálicí komory (3), je nejméne D.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká vypalovacího zařízení pro výrobu cementu a způsobu výroby cementu. Vypalovací zařízení obsahuje vypalovací pec, chladič, kalcínátor s následujícím oddělovacím cyklonem, a pálicí komoru napájenou tangenciálně terciárním vzduchem od chladiče. Zcela nebo částečně kalcinovaný materiál je veden ze dna pálicí komory do kalcinátoru, do něhož jsou také ío vedeny plynné spaliny z vypalovací pece.

Dosavadní stav tech niky i5 Je známé, že se dá dosáhnout rady výhod tím, že se kalcinaění pásmo opatří zvláštní pálicí komorou. která se napájí výlučně terciárním vzduchem z. chladiče. Zařízení tohoto typu je popsáno v patentovém spisu ΕΡ-Λ 103 423 přihlašovatele. Z tohoto spisu je známé zařízení pro kaleinování ccmcntárských surovin, v němž byly zohledněny obtíže při dosažení úplného spálení paliva, používaného pro kalcínátor, jaké vyplývají z povahy procesu. V tomto zařízení se suroviny přivá20 dějí po předehřátí do pálicí komory (4). v níž se kalcínují v horkém vzduchu z chladiče (2). Terciární vzduch z chladiče proudí středově vzhůru skrz dno pálicí komory' (4), což znamená, že v pálicí komoře dochází ke středovému vzestupnému proudu a k postrannímu sestupnému proudu. Suroviny se přivádějí na dolním konci pálicí komory a rozdělují se v důsledku působení turbulentního proudění, k němuž dochází napříč celé délky pálicí komory.

Z patentového spisu US-A—í 014 641 je známé zařízení pro kalcinaci cementářských surovin, v němž se snižuje množství oxidu dusíku v plynných spalinách pece vytvářením pásma ve vypouštěcím potrubí pece, do něhož se přivádí redukující plyn. 1 lorký vzduch z chladiče je veden potrubím (5) a horký plyn z pece jc veden potrubím (13) do cyklonového předehřívaěe (14, 15,

16, 17), v němž se surovinový materiál protiproudově předehřívá horkým plynem /chladiče a vypalovací pece. V oblasti vypouštěcí trubice pece, která leží pod přívodním potrubím (5) z chladiče, jsou vytvářeny redukční podmínky zaváděním redukujících plynů přes potrubí (12). Redukující plyny se tvoří v kalcinátoru (8) proto, že vzduchový objem, který je přiváděn do kalcinátoru, stačí pro vyvolávání zplynování paliva v kalcinátoru, ale nestačí pro úplné shoření paliva v kalcinátoru (sl.4, ř. I 5). Nevýhodou tohoto zařízení je, že paliva, která se obtížně zapalují a pomalu hoří. jako petrolejový koks (petcoke), antracit a jiné třídy uhlí s nízkým obsahem plynu, nemohou být využívána v kalcinátoru, poněvadž by vedla k tvorbě podstatných nespálených koksových zbytků, které by se srážely, a byly vedeny do rotační pece a posléze vedly ke vzniku problémů, pokud jde o vypuzování síry a spékánL to

Ze spisu US-A 5 364 265 je známý ještě další kalcinaění systém, v němž jsou emise NO_X omezeny tvorbou redukčních plynů, jako CO a H₂, v pálicí komoře. Koks. tvořící se v pálicí komoře během tohoto procesu, vykazuje zcela odlišné reakční vlastnosti. Optimalizace tohoto způsobu se však dá dosáhnout relativně obtížně pokud jde o zajišťování minimálních emisí NO_V jelikož se při provozu dá ovládat velmi málo parametrů. Proces hoření v pálicí komoře zcela závisí na stupni kalcinace surovinové moučky. Současně je konstrukce zařízení relativně složitá.

Z mezinárodní patentové přihlášky stejného přihlašovatele PCT/DK 97/00029 je známý způsob snižování obsahu NO, emisí ze zařízení. Předmětem řešení je vytvořit způsob provozování vypásá lovacího zařízení se sníženými emisemi NO_X, při současném poskytování volby použití paliva s nízkou reaktivitou, jako petrolejový koks. antracit a jiné třídy uhlí s nízkým obsahem plynu v pásmech s relativně nízkou teplotou. Tohoto cíle je dosaženo regulováním přívodu paliva ve třech různých pásmech, přičemž plynné spaliny se vedou do jednoho pásma ze dvou dalších pásem způsobem zajištujícím minimalizaci obsahu NO v plynných spalinách z pásma, do něhož jsou zaváděny plynné spaliny z dalších dvou pásem.

Podstata vynálezu

Vynález si klade za úkol vytvořit vypalovací zařízení a způsob pro výrobu cementu, a to tak. aby zařízení mělo relativně jednoduchou konstrukci a mohlo s výhodou spalovat palivo s nízkou reaktivitou, jako je petrolejový koks, antracit a jiné třídy uhlí s nízkým obsahem plynu v kalcinačním pásmu, kde je teplota zpravidla na nízké úrovni.

Vynález navrhuje vypalovací zařízení pro výrobu cementu, obsahující vypalovací pec, chladič, io kaleínátor s následujícím oddělovacím cyklonem, pálicí komoru opatřenou v její horní části středním hořákem, a mající pod hořákem tangenciální vstup, jímž je přiváděn horký plyn vedením (potrubím, kanálem - dále: vedením) od chladiče do pálicí komory, přičemž vedení je opatřeno vstupem pro surovinovou moučku, a dolní část pálicí komory je opatřena spojením s kalcinátorem, a dále obsahující druhé spojení, směrující plynné spaliny z vypalovací pece do kalcinát5 toru, jehož podstatou je, že výška h|-h horní části vnitřního objemu pálicí komory mezi koncem hořáku a horním okrajem tangenciálního vstupu, který je horní nejkrajnější vstupní bod horkého plynu od chladiče, je nejméně 1/3 D, kde Dje průměr válce, majícího výšku h|-h_? a stejný objem jako horní část vnitřního objemu pálicí komory, přičemž výška dolní ěásti vnitřního objemu pálicí komory hj-h_}. měřená mezi dolním okrajem tangenciálního vstupu, který je nejnižším bodem vstupu horkého plynu od chladiče, a výstupem z pálicí komory, je nejméně D.

Tohoto cíle je tak dosaženo, když jc pálicí komora válcovitá, umístěním tangenciálního vstupu pálicí komory tak, že výška Ιη h₂ horní části vnitřního objemu pálicí komory, ležící mezi koncem hořáku a horním okrajem tangenciálního vstupu, jc nejméně 1/3 D. a tak, že výška dolní části vnitřního objemu pálicí komory h,-h₄, měřená mezi dolním okrajem tangenciálního vstupu a výstupem z pálicí komory, je nejméně D. S výhodou je výška hj-lb horní části vnitřního objemu nejméně 2/3 D a výška lb-h₄ dolní ěásti vnitřního objemu je nejméně 3/2 D.

To bude mít za následek, žc sc nad tangenciálním vstupem suspenze surovinového materiálu to vytvoří prostor s vysokou teplotou a nízkým obsahem surovinového materiálu. To zajistí zlepšené podmínky vzplanutí a zlepšené podmínky hoření levného uhlí s nízkým obsahem plynu.

S výhodou je hořák v horní části pálicí komory uspořádán tak, že hořákem je přiváděn primární vzduch.

Vynález také přináší způsob výroby cementu vc výše uvedeném zařízení, v němž se suroviny předeliřívají a poté se podrobují alespoň částečné kalcinaci v pálicí komoře, která je v horní části opatřena středním hořákem, přičemž suroviny se přivádějí suspendované v horkém plynu od chladiče do pálicí komory přes tangenciální vstup, přičemž částečně kaleínovaný materiál se nechává procházet od dolní části pálicí komory spojením do kalcinátoru, přičemž suspenze materiálu v plynu se vede z kalcinátoru do oddělovacího cyklonu, v němž $c provádí oddělování plynu a materiálu, přičemž plynné spaliny z vypalovací pece se vedou do kalcinátoru prostřednictvím druhého vedení (potrubí), jehož podstatou je, že výška h_t-h₂ horní části vnitřního objemu pálicí komory' mezi koncem hořáku a horním okrajem tangenciálního vstupu, který'je horní nej kraj nejsi vstupní bod horkého plynu od chladiče,je nejméně 1/3 D, kde Dje průměr válce, mající výšku h|—h₂ a stejný objem jako pálicí komora, přičemž výška dolní části vnitřního objemu pálicí komory h_;-h₄, měřená mezd dolním okrajem tangenciálního vstupu, kterýje nejnižším vstupním bodem horkého plynu od chladiče, a výstupem z pálicí komory, jc nejméně D.

Podle dalšího znaku způsobu podle vynálezu je teplota v horní části vnitrního prostoru pálicí komory v rozmezí 1000 až 1400 °C, s výhodou v rozmezí 1100 až 1400 °C.

Podle dalšího znaku způsobu podle vynálezu se do pálicí komory přivádí hořákem primární vzduch. S výhodou je součin procentuálního podílu (%) primárního vzduchu, přiváděného do pálicí komory, v němž je podíl vzduchu vztažen k požadovanému stechiometrickému objemu

vzduchu pro spalování uhlí. a rychlosti (m/s) vhánění uhlí do pálicí komory, měřené v m/s, nejméně 500 %-m/s (kde rozměr součinu veličin „%-m/s“ vyjadřuje násobení hodnoty v procentech rychlostí, t.j. tečka je znaménko násobení, neboli,.% x m/s”).

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, vc kterých znázorňuje obr. 1 příkladné schéma vypalovacího zařízení podle vynálcio zu a obr. 2 detailní provedení jeho pálicí komory.

Příklady proveden í vynálezu

Na obr. 1 je znázorněno pecní zařízení pro pálení cementářského slínku. Zařízení obsahuje pec 1, v níž se vypaluje slínek v rozmezí od 1300 do 1500 °C, kalcinátor 2. a pálicí komoru 3, v obou z nichž je teplota nejméně 800 °C, přičemž v určitých oblastech může být až 1400 °C. V určitých případech může kalcinátor 2 výlučně sestávat ze stoupaeí trubice, vystupující z pece L Za pecí I je umístěn chladič 4 slínku. z něhož je horký vzduch směrován přes potrubí 5 do kalcinacní

2(i oblasti, obsahující zařízení 3, 2 a 8. Kalcinátor 2 je napájen plynnými spalinami z pece 1 přes potrubí 6 a horkými plynnými spalinami, smíšenými s částečně kalcinovaným materiálem z pálící komory 3 prostřednictvím potrubí 7.

Z kalcinátoru 2 je kalcinovanv materiál veden potrubím 8 v suspenzi do oddělovacího cyklonu 9.

V oddělovacím cyklonu 9 je suspenze materiálu dělena do proudu kalcinovančho materiálu a proudu horkého plynu, Kalcinovanv surovinový materiál je veden potrubím 10 do rotační pece 1 a horký plyn je veden potrubím JJ. do předehřívače suspenze.

Předehřátá surovina je přiváděna směrem dolu do kalcinačního pásma dvěma potrubími 14A

3(i a 14B. Je-li to považováno za vhodné, může být také předehřátá surovina přiváděna do horní části kalcinátoru 2 neznázorněnou trubicí. Potrubí 14B přivádí surovinu do plynných spalin z pece I. což zajišťuje, žc surovina přichází do kalcinátoru 2. Potrubí 14A přivádí surovinu do potrubí 5 na terciární vzduch, což působí, žc materiál bude vstupovat do pálicí komory 3.

.35 Celý proud surovin je rozdělován řízeným způsobem mezi obě potrubí 14A, 14B, a za speciálních okolností může být například žádoucí přerušit proud jedním z potrubí. V tomto zařízení muže být palivo spalováno v kalcinátoru 2 pomocí hořáku 15, v pálicí komoře 3 pomocí hořáku 16 a v peci i pomocí hořáku 17.

Obr. 2 znázorňuje detailní provedení pálicí komory 3 podle vynálezu, kde je surovina z potrubí I4A přiváděna do palicí komory 3 prostřednictvím potrubí 5 na terciární vzduch.

V tomto případě má vnitřní reaktorový prostor pálicí komory válcový tvar. Tvar horního objemu reaktoru však není určen žádnými konkrétními požadavky, až na to, že velikost průřezové plochy musí být dostatečná vzhledem k průřezu hořáku, aby zajistila požadované průtokové parametry. Horní část vnitřního objemu pálicí komory je ta část, která je umístěna nad vstupem terciárního vzduchu, a na obr. 2 je dána výškou této části hi-h₂. Výška dolní části vnitřního objemu pálicí komory je lir-h₄, a probíhá od vstupu potrubí na terciární vzduch k výstupu, který leží na dolním konci pálicí komory . Zkušenost ukázala, žc hh₂ musí být větší než ! /3 D, kde D je průměr horní

5o části, když má komora jako v současném případě válcový tvar. a že dolní část musí být větší než 3/2 D. aby se mohlo dosáhnout kombinace zvýšené teploty, doby zadržování a směsi, která zlepší účinnost spalování paliva s nedostatkem plynu, přiváděného hořákem J6.

Když je jako u běžných zařízení přívodní trubice umístěna na nejvyšší možné úrovni v pálicí komoře, v zásadě to znamená, že v horní třetině komory nebude spalováno žádné ulili s nízkým

CZ 299743 Bó obsahem těkavých složek což znamená, že se teplota udržuje na úrovni okolo 800 až 900 °C. Naopak teplota na výstupu stoupne, vzhledem k pokročilému stadiu spalování v léto poloze. Výsledkem je, že teplota na výstupu může být vysoká až 1200 °C, což může působit spékání vzhledem k vysokému obsahu výchozí surovinové moučky,

Vzhledem k nízké úrovni polohy, v níž leží vstup pro terciární vzduch, vznikne v horní části pálicí komory, která je prostá surovinové moučky, směšovací a zapalovací pásmo. Paprskový proud primárního vzduchu, přiváděný hořákem, generuje průtokové uspořádání, znázorněné na obr, 2, v němž dochází ve střední části pálicí komory ke svislé cirkulaci. Vzhledem k tomu, že terciární id vzduch z chladiče a surovinová moučka, suspendovaná ve vzduchovém proudu, jsou přiváděny tangenciálně, surovinová moučka je vrhána vířivým působením na stranu pálicí komory a dochází tedy ke svislé cirkulaci ve střední části pálicí komory, zůstává obsah surovinové moučky v horní části pálicí komory na nízké hodnotě. Důsledkem proudového uspořádání bude, že sc v horní části pálicí komory vytvoří plynová směs. přičemž její část se zúčastní spalovacího procesu v tomto časovém okamžiku nebo dříve, a část bude plyn obsahující kyslík, přímo přicházející z potrubí pro terciární vzduch, l ato směs vyvolá spalování přiváděného studeného paliva. Ukázalo se, že spotřeba uhlí v experimentálním zařízení se po provedení způsobu podle vynálezu sníží o přibližně 17 %. což lze pravděpodobně přisoudit zvýšení účinnosti spalování uhlí.

2o Spalování v pálicí komoře se tak vždy provádí s obsahem kyslíku, který je menší než 21 % O₂. To má prospěšný účinek na tvorbu N()_v která bude na poněkud nižší úrovni. Nej významnější faktor, ovlivňující tvorbu NO_X, je však vzrůst teploty. Bylo tak zjištěno, že v zařízení podle vynálezu se dosáhne snížených hodnot konverzního poměru, který sc dá dosáhnouti pokud jde o přeměnu dusíku paliva na NO_X, až 25 %. když se spaluje antracit a petrolejový koks. Pro srovnaní může mít tradiční kalcinátor konverzní poměr až 65 % pro petrolejový koks. To by znamenalo, že emise NO v zařízení podle vynálezu bylv sníženy o více než 50 %.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Vypalovací zařízení pro výrobu cementu, obsahující vypalovací pec (1), chladič (4). kalciná55 tor (2) s následujícím oddělovacím cyklonem (9), pálicí komoru (3), opatřenou v její horní části středním horákem (16) a mající pod hořákem tangenciální vstup, jímž je přiváděn horký plyn vedením (5) od chladiče (4) do pálicí komory (3), přičemž vedení (5) je opatřeno vstupem (14A) pro surovinovou moučku, a dolní část pálicí komor>' (3) je opatřena spojením (7) s kalcinátorem (2) , a dále obsahující druhé spojení (6), směrující plynné spaliny z vypalovací pece (1) do kalci4i) nálom (2). vyznačené tím, že výška Ιη -h₂ horní části vnitřního objemu pálicí komory (3) mezi koncem hořáku a horním okrajem tangenciálního vstupu, který je horní nej krajnější vstupní bod horkého plynu od chladiče, je nejméně 1/3 D. kde D je průměr válce majícího výšku h|-h₂ a stejný objem jako horní část vnitřního objemu pálicí komory, přičemž výška dolní části vnitřního objemu pálicí komory 1η-1η, měřená mezi dolním okrajem tangenciálního vstupu, který

45 je nejnižším bodem vstupu horkého plynu od chladiče, a výstupem z pálicí komory (3), je nejméně D.
2. Vypalovací zařízení pro výrobu cementu podle nároku I, vyznačené tím, že výška h|-h₂ horní části je nejméně v 2/3 D.
3. Vypalovací zařízení pro výrobu cementu podle nároku 1, vyznačené tím, že výška h,-hi dolní části je nejméně 3/2 D.
4. Vypalovací zařízení pro výrobu cementu podle nároku 1, vyznačené tím. že hořák

55 (16) v horní části pálicí komory (3) jc uspořádán tak, žc hořákem je přiváděn primární vzduch.
5. Způsob výroby cementu v zařízení podle nároku 1, vyznačený tím, že se suroviny předehřívají a poté se podrobují alespoň částečné kalcinaei v pálicí komoře (3). která je v horní části opatřena středním hořákem (16), přičemž suroviny se přivádějí suspendované v horkém ply5 nu od chladiče (4) do pálicí komory (3) přes tangenciální vstup, přičemž částečně kalcinovaný materiál se nechává procházet od dolní části pálicí komory spojením (7) do kalcinátoru (2), přičemž suspenze materiálu v plynu se vede z kalcinátoru (2) do oddělovacího cyklonu (9), v němž se provádí oddělování plynu a materiálu, přičemž plynné spaliny z vypalovací pece (1) se vedou do kalcinátoru (2) prostřednictvím druhého vedení (
6), vyznačený tím. že výška hh? horní části vnitřního objemu pálící komory mezi koncem hořáku a horním okrajem tangenciálního vstupu, který je horní nejkrajnější vstupní bod horkého plynu od chladiče, je nejméně 1/3 D, kde D je průměr válce majícího výšku h_t-h₂ a stejný objem jako horní část vnitřního objemu pálicí komory;

přičemž výška dolní části vnitřního objemu pálicí komory h;-h₄, měřená mezi dolním okrajem tangenciálního vstupu, který je nej nižším vstupním bodem horkého plynu od chladiče, a výstupem z. pálicí komory (3), je nejméně D.

20 6. Způsob podle nároku 5. vyznačený pál icí komory je v rozmezí 1000 až 1400 °C.
7, Způsob podle nároku 5, vyznačený pálicí komory' je v rozmezí 1100 až 1400 °C.
8. Způsob podle nároku 5. vyznačený (16) primární vzduch.

tím, že teplota v horní části vnitřního prostoru tím. že teplota v horní části vnitřního prostoru tím, že se do pálicí komory (3) přivádí hořákem
9. Způsob podle nároku 8, vyznačený tím. že součin procentuálního podílu primárníso ho vzduchu, přiváděného do pálicí komory, v němž je podíl vzduchu vztažen k požadovanému stechiometrickému objemu vzduchu pro spalování uhlí, a rychlosti vhánění uhlí do pálicí komory, měřené v m/s. je nejméně 500 %-m/s.